快慢指针判断单向链表是否有环及找环入口

前言

关于快慢指针找环入口的这个问题,之前巴特跟我聊到过,印象比较深,今晚看学长在做的面试题,里面就出现了这个小知识。
发现有些东西不经意间就会用到,于是便出现此文。以后要努力做到善于总结,乐于总结。

概念

快慢指针,所谓的快慢,就是指指针每次移动的步长,通常使快指针每次向前移动两步,慢指针每次向前移动一步。

判断链表环及找环入口

操作

从链表头节点开始,快慢指针同时开始移动,快指针每次移动2,慢指针每次移动1,若快指针最终与慢指针相遇,则表示链表有环,否则,则为无环。
有环情况下,快慢指针相遇时,慢指针位置不变,将快指针置回表头,步长改为每次移1,快慢指针同时开始移动,再次相遇处即为环的入口。

原理

判断是否有环就不解释了,下面主要解释,为什么可以那样找环入口。

        ⬇️<-<-<-⬆️
        ⬇️      ⬆️
♦️->->->⬇️->->->⬆️
A       B       C

只是个简单图,就不专门做图了,凑合表示下吧。
♦️也就是A的位置是

### 快慢指针算法在链表中的应用场景及实现 快慢指针是一种常见的双指针技巧,在处理链表问题时非常有效。它通过两个速度不同的指针遍历链表来解决问题,能够显著降低时间复杂度并优化空间需求。 #### 应用场景分析 1. **检测链表** 使用快慢指针可以判断单向链表是否存在结构。如果存在,则指针最终会追上慢指针;如果没有,则指针会先到达链表末尾[^1]。 2. **寻入口节点** 当确认链表后,可以通过调整其中一个指针重新指向头结点的方式的具体入口位置[^2]。 3. **查中间节点** 利用快慢指针可以在一次遍历中定位到链表的中间节点。当指针移动两步而慢指针只前进一步时,慢指针所处的位置即为链表中心。 4. **获取倒数第 K 个节点** 设置指针先行走 K 步之后再启动慢指针同步前进,这样当指针抵达终点时,慢指针正好处于目标位置之前的一个节点上。 #### 实现代码示例 以下是几个典型例子及其对应的 C++ 或 Python 的解决方案: ##### 检测是否 ```cpp ListNode* hasCycle(ListNode* head) { if (!head || !head->next) return nullptr; ListNode *slow = head, *fast = head; while (fast && fast->next){ slow = slow->next; // 移动一步 fast = fast->next->next; // 移动两步 if(slow == fast){ // 如果相遇则说明有 return true; } } return false; // 遍历结束无返回false } ``` ##### 的起始点 ```python def detectCycle(head): if not head or not head.next: return None slow, fast = head, head # 查看是否 while fast and fast.next: slow = slow.next # 慢指针每次向前一格 fast = fast.next.next # 指针每次跳过两格 if slow == fast: # 发现有交集 break # 跳出循准备口 else: # 若未发现任何交叉情况退出while loop return None # 表明不存在闭直接return none即可 # 将其中任意一个重置回起点再次同时出发直到两者再度交汇于入处为止 slow = head # 让慢指针回到头部开始新一轮迭代过程 # 这次保持相同步伐大小逐步靠近直至碰面那一刻就是我们要的那个特殊地址啦! while slow != fast: slow = slow.next # 均匀增量推进至相逢之地~ fast = fast.next return slow # 返回该共同坐标作为结果输出。 ``` ##### 获取链表中间节点 ```java public class MiddleNodeFinder { public static ListNode findMiddle(ListNode head) { if (head == null || head.next == null) { return head; } ListNode slow = head; ListNode fast = head; while(fast != null && fast.next != null){ slow = slow.next; // Move one step at a time. fast = fast.next.next; // Move two steps ahead. /* When 'fast' reaches the end of list, 'slow' will be pointing to middle node */ } return slow; } } ``` ##### 寻倒数第K个节点 ```javascript function getKthFromEnd(head, k) { let fast = head, slow = head; for(let i=0;i<k;i++) { // Advance `fast` pointer by 'k' positions first. if(!fast) return null; fast = fast.next; } while(fast !== null){ // Then move both pointers until 'fast' hits the tail. fast = fast.next; slow = slow.next; } return slow; // Now 'slow' points exactly where we need it - k-th from last element ! } ```
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